Forskare vid Linköpings universitet har genom ett antal teoretiska beräkningar visat att magnesiumdiborid blir supraledande vid högre temperatur när det sträcks. Upptäckten är ett stort steg mot att hitta supraledande material som är användbara i verkliga situationer.

"Magnesiumdiborid eller MgB₂ är ett intressant material. Det är ett hårt material som används till exempel i flygplansproduktion och normalt blir det supraledande vid en relativt hög temperatur, 39 K, eller -234 C°, säger Erik Johansson, som nyligen disputerat vid avdelningen för teoretisk fysik.

Erik Johansson är också huvudförfattare till en artikel publicerad i Journal of Applied Physics som har väckt stor uppmärksamhet. Resultaten har identifierats av redaktören som särskilt viktiga för framtiden.

"Magnesiumborid har en okomplicerad struktur som gör att beräkningarna på superdatorerna här på Nationellt superdatorcentrum i Linköping kan fokusera på komplexa fenomen som supraledning", säger han.

Tillgång till förnybar energi är grundläggande för en hållbar värld, men även förnybar energi försvinner i form av förluster vid överföring i elnäten. Dessa förluster beror på att även material som är bra ledare har ett visst motstånd, vilket resulterar i förluster i form av värme. Av denna anledning försöker forskare över hela världen hitta material som är supraledande, det vill säga som leder elektricitet utan förluster alls. Sådana material finns, men supraledning uppstår oftast mycket nära absolut 0, dvs 0 K eller -273,15 °C. Många års forskning har resulterat i komplicerade nya material med en maximal kritisk temperatur på kanske 200 K, det vill säga -73 °C. Vid temperaturer under den kritiska temperaturen blir materialen supraledande. Forskning har också visat att supraledning kan uppnås i vissa metalliska material vid extremt högt tryck.

Om forskarna lyckas höja den kritiska temperaturen kommer det att finnas större möjligheter att använda fenomenet supraledning i praktiska tillämpningar.

"Huvudmålet är att hitta ett material som är supraledande vid normalt tryck och rumstemperatur. Det fina med vår studie är att vi presenterar ett smart sätt att öka den kritiska temperaturen utan att behöva använda massivt högt tryck, och utan att använda komplicerade strukturer eller känsliga material. Magnesiumdiborid beter sig på motsatt sätt mot många andra material, där högt tryck ökar förmågan till supraledning. Istället kan vi här sträcka materialet med några procent och få en enorm ökning av den kritiska temperaturen", säger Erik Johansson .

I nanoskalan vibrerar atomerna även i riktigt hårda och fasta material. I forskarnas beräkningar av magnesiumdiborid kommer det fram att när materialet sträcks dras atomerna bort från varandra och vibrationernas frekvens ändras. Det betyder att i detta material ökar den kritiska temperaturen – i ett fall från 39 K till 77 K. Om magnesiumdiborid istället utsätts för högt tryck minskar dess supraledning.

Upptäckten av detta fenomen banar väg för beräkningar och tester av andra liknande material eller materialkombinationer som kan öka den kritiska temperaturen ytterligare.

"En möjlighet kan vara att blanda magnesiumdiborid med en annan metalldiborid, vilket skapar en nanolabyrint av sträckt MgB₂ med hög supraledande temperatur", säger Björn Alling, docent och universitetslektor vid avdelningen för teoretisk fysik och chef för Nationellt superdatorcentrum vid Linköpings universitet. + Utforska vidare

Forskare utvecklar trycksläckningsprocesser för att förbättra supraledning mot målet att slösa noll energi